Влияние пластической сжимаемости на коэффициент интенсивности скорости деформации при осадке слоя материала между параллельными плитами
Автор: Лямина Е.А., Новожилова О.В.
Статья в выпуске: 3, 2021 года.
Бесплатный доступ
При применении ряда жесткопластических моделей решения краевых задач могут быть сингулярными. В частности, некоторые компоненты тензора скорости деформации и квадратичного инварианта тензора скорости деформации могут стремиться к бесконечности вблизи определенных поверхностей. Такое поведение поля скорости положено в основу некоторых моделей для предсказания высокого градиента свойств материала вблизи поверхностей трения в процессах обработки металлов давлением. Коэффициент при главном сингулярном члене в разложении квадратичного инварианта тензора скорости деформации в ряд в окрестности поверхности трения называется коэффициентом интенсивности скорости деформации. Величина второго инварианта тензора скорости деформации вблизи таких поверхностей контролируется этим коэффициентом, который зависит от геометрических параметров краевой задачи и параметров модели материала. В публикуемой работе исследуется влияние пластической сжимаемости материала, подчиняющегося модели двойного сдвига, на величину коэффициента интенсивности скорости деформации при осадке слоя пластического материала между двумя параллельными плитами. Система уравнений, состоящая из уравнения равновесия и определяющих уравнений, является гиперболической. Предполагается, что поверхность контакта плит и деформируемого материала является огибающей одного из семейств характеристик. Получено аналитическое решение краевой задачи в условиях плоскодеформированного состояния. Влияние краевых эффектов вблизи свободной поверхности слоя и вблизи его центра игнорируется. Получена зависимость коэффициента интенсивности скорости деформации от параметров краевой задачи, включая параметр, который контролирует пластическую сжимаемость материала. В случае пластически несжимаемого материала решение совпадает с известным решением.
Модель двойного сдвига, пластическая сжимаемость, сингулярность, коэффициент интенсивности скорости деформации
Короткий адрес: https://sciup.org/146282362
IDR: 146282362 | DOI: 10.15593/perm.mech/2021.3.16
Список литературы Влияние пластической сжимаемости на коэффициент интенсивности скорости деформации при осадке слоя материала между параллельными плитами
- Griffiths B.J. Mechanisms of white layer generation with reference to machining and deformation processes // Trans. ASME J. Trib. - 1987. - Vol. 109 - P. 525-530. doi: 10.1115/1.3261495
- Трунина Т.А., Коковихин Е.А. Формирование мелкодисперсной структуры в поверхностных слоях стали при комбинированной обработке с применением гидропрессования // Пробл. машиностр. и надежн. машин. - 2008. - № 2. - C. 71-74.
- Alexandrov S., Jeng Y.-R., Hwang Y.-M. Generation of a fine grain layer in the vicinity of frictional interfaces in direct extrusion of AZ31 alloy // ASME J. Manuf. Sci. Eng. - 2015. - Vol. 137, no. 5 - Paper 051003. doi: 10.1115/1.4030267
- Generation of a layer of severe plastic deformation near friction surfaces in upsetting of steel specimens / S. Alexandrov, L. Sidjanin, D. Vilotic, D. Movrin, L. Lang // Metals. - 2018. - Vol. 8. - Paper 71. doi: 10.3390/met8010071
- Sanabria V., Mueller S., Reimers W. Microstructure evolution of friction boundary layer during extrusion of AA 6060 // Procedia Eng. - 2014. - Vol. 81. - P. 586-591. doi: 10.1016/j.proeng.2014.10.044
- Effect of frictional conditions on the generation of fine grain layers in drawing of thin steel wires / A. Stolyarov, M. Polyakova, G.Atangulova, S. Alexandrov, L. Lang // Metals. - 2019. - Vol. 9, no. 8. - Article 819. doi: 10.3390/met9080819
- Effect of die angle and frictional conditions on fine grain layer generation in multi-pass drawing of high carbon steel wire / A. Stolyarov, M. Polyakova, G. Atangulova, S. Alexandrov // Metals. - 2020. - Vol. 10. - Article 1462. doi: 10.3390/met10111462
- Griffiths B.J., Furze D.C. Tribological advantages of white layers produced by machining // ASME Journal of Tribology. - 1987. - Vol. 109, no. 2. - P. 338-342. doi: 10.1115/1.3261363
- Umbrello D., Jawahir I.S. Numerical modeling of the influence of process parameters and workpiece hardness o white layer formation in AISI 52100 steel // Int. J. Adv. Manuf. Technol. - 2009. - Vol. 44. - P. 955-968.
- Investigations of white layer formation during machining of powder metallurgical Ni-based ME 16 superalloy / S.C. Veldhuis, G.K.Dosbaeva, A. Elfizy, G.S. Fox-Rabinovich, T. Wagg // J. Mater. Eng. Perform. - 2010. - Vol. 19. - P. 1031-1036. doi: 10.1007/s11665-009-9567-7
- Modeling of white and dark layer formation in hard machining of AISI 52100 bearing steel / D. Umbrello, A.D. Jayal, S. Caruso, O.W. Dillon, I.S. Jawahir // Mach. Sci. Technol. - 2010. - Vol. 14. - P. 128-147. doi: 10.1080/10910340903586525
- Cho D.-H., Lee S.-A., Lee Y.-Z. Mechanical properties and wear behavior of the white layer // Tribol. Lett. - 2012. - Vol. 45. - P. 123-129. doi: 10.1007/s11249-011-9869-4
- Experimental research material characteristics effect on white layers formation in grinding of hardened steel / X. Huang, Z. Zhou, Y. Ren, C. Mao, W. Li // Int. J. Adv. Manuf. Technol. - 2013. - Vol. 66. - P. 1555-1561. doi: 10.1007/s00170-012-4439-y
- Jaspers S.P.F.C., Dautzenberg J. Material behaviour in conditions similar to metal cutting: Flow stress in the primary shear zone // J. Mater. Process. Technol. - 2002. - Vol. 122. - P. 322-330. doi: 10.1016/S0924-0136(01)01228-6
- Kim Y.-T., Ikeda K. Flow behavior of the billet surface layer in porthole die extrusion of aluminum // Metallurg. Mater. Trans. - 2000. - Vol. 31A. - P. 1635-1643. doi: 10.1007/s11661-000-0173-4
- Choi Y. Influence of a white layer on the performance of hard machined surfaces in rolling contact // Proc. Inst. Mech. Eng., Part B. - 2010. - Vol. 224, no. 8. - P. 1207-1215. doi: 10.1243/09544054JEM1847
- Гольдштейн Р.В., Александров С.Е. Подход к предсказанию формирования микроструктуры материала вблизи поверхностей трения при развитых пластических деформациях // Физическая мезомеханика. - 2014. - Т. 17, № 5. - C. 15-20. doi: 10.24411/1683-805X-2014-00046
- Александров С.Е., Гольдштейн Р.В. К построению определяющих уравнений в тонком слое материала вблизи поверхностей трения в процессах обработки материалов давлением // Докл. РАН. - 2015. - Т. 460, № 3. - С. 283-285. doi: 10.7868/S0869565215030093
- Alexandrov S., Richmond O. Singular plastic flow fields near surfaces of maximum friction stress // Int. J. Non-Linear Mech. - 2001. - Vol. 36, no. 1. - P. 1-11. doi: 10.1016/S0020-7462(99)00075-X
- Alexandrov S., Mustafa Y. Quasi-static axially symmetric viscoplastic flows near very rough walls // Appl. Math. Model. - 2015. - Vol. 39, no. 15. - P. 4599-4606. doi: 10.1016/j.apm.2014.12.052
- Alexandrov S., Mustafa Y. Singular solutions in viscoplasticity under plane strain conditions // Meccanica. - 2013. - Vol. 48, no. 9. - P. 2203-2208. doi: 10.1007/s11012-013-9736-5
- Александров С.Е., Лямина Е.А. Сингулярные решения при плоском пластическом течении материалов, чувствительных к среднему напряжению // Докл. РАН. - 2002. - Т. 383, № 4. - С. 492-495.
- Wang Y., Alexandrov S., Lyamina E. Solution behavior in the vicinity of characteristic envelopes for the double slip and rotation model // Appl. Sci. - 2020. - Vol. 10. - Article 3220. doi: 10.3390/app10093220
- Spencer A.J.M. A theory of the kinematics of ideal soils under plane strain conditions // J. Mech. Phys. Solids - 1964. - Vol. 12. - P. 337-351. doi: 10.1016/0022-5096(64)90029-8
- Alexandrov S. The strain rate intensity factor and its applications: a review // Mater. Sci. Forum. - 2009. - Vol. 623. - P. 1-20. doi: 10.4028/www.scientific.net/MSF.623.1
- Spencer A.J.M. Compression and shear of a layer of granular material // J. Eng. Math. - 2005. - Vol. 52. - P. 251-264. doi: 10.1007/s10665-004-5662-9
- Хилл Р. Математическая теория пластичности. - М.: Гостехиздат, 1956. - 408 c.
- Marshall E.A. The compression of a slab of ideal soil between rough plates // Acta Mech. - 1967. - Vol. 3. - P. 82-92. doi: 10.1007/BF01453708
- Collins I.F., Meguid S.A. On the influence of hardening and anisotropy on the plane-strain compression of thin metal strip// Trans ASME J. Appl. Mech. - 1977. - Vol. 44. - P. 271-278. doi: 10.1115/1.3424037
- Nepershin R.I. Non-isothermal plane plastic flow of a thin layer compressed by flat rigid dies // Int. J. Mech. Sciences. - 1997. - Vol. 39, no. 8. - P. 899-912. doi: 10.1016/S0020-7403(96)00095-1